集料最大粒径及体积率对混凝土性能影响.pdf

毛军等 ： 集料最大粒径及体积率对混凝 土性能影响 7 集料最大粒径及体积率对混凝土性能影响 毛军 ， 兰宏斌 ( 1 黑河边境经济合作区工程质量监督站 。 黑龙江黑河1 6 4 3 0 0 ； 2 齐翔商品混凝土公司， 黑龙江齐齐哈尔1 6 1 0 0 0) 【 摘要J 主要研究了粗集料最大粒径和体积率等因素对混凝土工作性和力学性能的影响。试验结果表 明： 粗集料最大粒径和体积率对混凝土工作性 、 立方体抗压强度、 棱柱体抗压强度和抗折强度均有不同程度的影 响， 粗集料的最大粒径以2 6 5 m m为宜 ， 最佳体积率为6 0 7 0 。 【 关键词】 粗集料； 最大粒径； 体积率； 力学性能 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 1 ) O 3 0 0 o 7 0 2 混凝土是一种由硬化水泥石和集料构成的两相 复合材料 ， 集料约 占混凝土体积的 6 0 7 5 ， 在混 凝土中占有很重要 的地位。在混凝土的各组成成分 中， 普通粗集料的强度一般来说都比水泥砂浆高 ， 起 到刚性骨架作用， 通常认为混凝土性能的好坏主要取 决于基体相和界面的性能， 而集料的作用并没有引起 足够的重视 。然而， 越来越多的研究表明 ， 随着水 泥基材料力学性能的提高 ， 混凝土的复合材料行为表 现的愈发 突出， 对于集料 的作用有必要重新加 以认 识 。当混凝土中基体相与集料相的性能相匹配 时， 各组成相的最大潜能才能够充分发挥 ， 混凝土的 性能达到最佳。 国内关 于粗集 料技 术 性质 与 混凝 土 性 能之 间 关 系的研究还不够系统， 未本文通过试验系统研究了粗 集料的种类、 级配等对混凝土工作性和力学性能的影 响， 为混凝土的设计和施工提供借鉴。 1 原材料及混凝土配合 比 试验 采用 P O 4 2 5普通硅酸盐 水泥 ； 河砂 ， 细度 模数 2 8 ， 区中砂， 密度为 2 6 0 0 k g m ； 萘系高效减水 剂， 减水率大于 2 0 ； 石灰岩碎石， 最大粒径分别为 1 0 0 、 1 9 5 、 2 6 5 、 3 1 5和 3 7 5 m m， 用其配制 的混凝土 编 号依 次为 c 1 、 C 2 、 C 3 、 C 4 、 c 5 ， 采用 最大粒 径 2 6 5 m m 的碎石 ， 保持水灰 比不变， 改变粗骨料的体积率 ， 分别 为 5 0 、 6 0 、 7 0 和 8 0 ， 编号为 A、 B、 c 、 D， 混凝土 配合 比见表 1 。 表 1 混凝土 配合比 2试验结果 与分析 2 1 碎石最大粒径对新拌混凝土工作性的影响 c l 、 c 2 、 c 3 、 c 4 、 c 5组新拌混凝土坍落度分别为 1 0 、 3 5 、 5 0 、 8 0和 1 0 5 ra m， 可见 ， 随 D 的增大， 混凝土 坍落度明显增大 ， 但粒径过大时有离析现象发生。 当粗集料体积率为 5 0 左右时， 砂浆 占大多数， 混凝土易插捣， 粘聚性好， 容易抹光， 保水性能好。粗 集料体积率在 6 0 7 0 左右时混凝土插捣有较 明 显的阻力， 粘聚性较好 ， 抹光性稍差， 保水性较好。当 粗集料体积率为 8 0 左右时 ， 混凝土插捣十分困难 ， 流动性很差， 粘聚性差 ， 明显离析， 难以抹光。 当粗集料含量增加时， 需要增加减水剂的用量才 能保证混凝土具有一定的流动性。当粗集料体积率 为 8 0 时， 增加减水剂用量并不能增大混凝土的坍落 度。这是因为粗集料含量较多时， 集料与集料紧密接 触， 集料间砂浆量较少， 其润滑作用亦较小 ， 所以流动 性差， 此时， 仅靠增加减水剂的用量是行不通的。 2 2 粗集料最大粒径对混凝土力学性能 的影响 对于特定的水泥用 量与砂 率 ， 混凝 土 中水泥 浆量 一 定， 混凝土强度存在集料最大粒径效应。相 同配合 比条件下， 最大粒径 的混凝土因其表面积增大， 混凝 土的工作性变差， 内部缺陷增多， 从而引起强度的降 低。从微观角度认为 ， 粗集料粒径愈大， 与水泥石粘 结的表面积愈小 ， 并且倾向于生成较弱的水泥石 一集 料界面， 即较弱的过渡区， 会减弱混凝土的强度。 粗集料最大粒径对混凝土抗压、 抗折强度的影响 试验结果见图 1 和图 2 。 可见， 粗集料最大粒径对混凝土力学性能影响很 大， 混凝土的抗压强度和抗折强度均随 D 的增大而呈 现先增大后减小的趋势， 当 D 为2 6 5 m m时， 混凝土立 方体抗压强度和抗折强度最高， 当D 超过 2 6 5 m m时， 混凝土的抗压强度和抗折强度均大幅度减小。 粗集料粒径对混凝土力学性能的影响主要来 自三 8 低温建筑技术 2 0 1 1 年第 3 期( 总第 1 5 3 期) 龄期， d 图1 碎石最大粒径对混凝土抗压强度的影响 龄期， d 图2 碎石最大粒径对混凝土抗折强度的影响 方面： 一是颗粒内部缺陷， 粒径越大， 缺陷存在的几率越 大； 二是粗集料界面的粘结强度， 粒径越大， 粗集料的比 表面积越小， 界面的粘结力越小； 三是集料在混凝土拌 合物中的运动速度， 粒径越大， 下沉速度越快， 造成混凝 土内部不均匀， 从而降低混凝土强度， 特别是大流动性 混凝土更加明显。但粒径太小又会造成集料比表面积 增大， 空隙率增加， 或者由于细颗粒引入粉尘， 反而降低 混凝土强度。 2 3 粗集料体积率对混凝土力学性能的影响 在混凝土拌合物中， 粗集料的表面和空隙要由水 泥砂浆来包裹和填充， 使得混凝土拌合物有一定的流 动性。若粗集料的含量过多 ， 则水泥砂浆的数量相对 较少， 不足以被浆体包裹和填充 ， 则拌合物容易离析、 粘聚性变差。相反， 若粗集料 的含量过少， 水泥砂浆 的数量相对过多， 达一定限度时， 将会出现流浆现象， 使拌合物的粘聚性和保水性变差， 同时， 也会影响强 度和耐久性 。 粗集料体积率对混凝土力学性能影响的试验结 果见表 2 。 总体来看 ， 粗集料的体积含量达到 6 0 之前， 粗 集料在砂浆中处于“ 悬浮” 状态， 集料之间间距较大， 混凝土立方体抗压强度和抗折强度相对较低。当粗 集料体积含量超过 6 0 时 ， 集料间距进一步减小 ， 形 成骨架结构， 对混凝土的强度有较大提高作用。 棱柱体抗压强度的变化趋势与立方体抗压强度 的变化略有不同。粗集料体积含量在 6 0 左右时， 混 凝土棱柱体抗压强度最高 ， 之后略有下降。混凝土的 棱柱体抗压强度主要来源于砂浆强度和粗集料架构 强度( 包括了界面强度) 。粗集料体积率小于 6 0 时， 集料在砂浆中的分布较少 ， 随着其含量的增加 ， 粗集 料作为一种高强的中心质对混凝土的增强作用 比较 明显。继续增加粗集料含量， 虽然集料架构强度提高 了， 单水泥砂浆含量的减小， 使得棱柱体试件在承压 时， 水泥砂浆对粗集料骨架 的侧向粘结约束效应降 低 ， 因此 ， 混凝土的总体强度有所减小。 表2 不同粗集料体积率时混凝土的力学性能 M P a 3结语 ( 1 ) 随粗集料最大粒径的增大， 混凝土坍落度 明显增大， 但粒径过大时有离析现象发生。当粗集料 体积率为5 0 7 0 时， 混凝土的流动性 、 粘聚性和 保水性均较好。 ( 2 ) 混凝土的立方体抗压强度和抗折强度均随 粗集料最大粒径的增大而呈现先增大后减小的趋势， 当粗集料最大粒径为 2 6 5 m m时， 混凝土立方体抗压 强度和抗折强度最高。 ( 3 ) 混凝土的立方体抗压强度和抗折强度随粗 集料体积率的增大而增大， 体积含量 7 0 时， 强度最 高， 含量达到 8 0 时， 略有降低 ； 棱柱体抗压强度的变 化趋势与立方体抗压强度略有不同， 粗集料体积含量 在 6 0 左 右时 ， 混凝 土棱 柱体 抗压 强度 最高 ， 之后 略 有下降。 参考文献 1 陈家珑， 方源兴 我国混凝土骨料的现状与问题 J 建筑技 术， 2 0 0 5 ， 3 6 ( 1 ) ： 2 3 2 5 2 邢锋， 冷发光， 冯乃谦， 等高性能混凝土骨料数量效应研究 J 四川建筑科学研究， 2 0 0 1 ， 2 7 ( 2 ) ： 4 3 - 4 5 3 任峰， 赵尚传 粗集料石粉吸附对混凝土性能影响的试验研 究 J 公路交通科技( 应用技术版) ， 2 0 0 7 ， 3 ( 1 0 ) ： 7 2 - 7 5 4 吴历斌， 颜志勇， 等 高强高性能混凝土中的集料研究 J 四 川建筑科学研究， 2 0 0 2 ， ( 9 ) ： 1 4 一 l 5 5 李凌 粗集料表面特征对混凝土强度的影响 J 公路交通科 技 ， 2 0 0 3 ， ( 4 ) ： l 31 5 收稿 日 期 2 0 1 0 1 1 - 2 9 【 作者简介 毛军( 1 9 7 1 一) ， 男， 黑龙江黑河人， 工程师， 从 事建筑工程质量监督工作。 日 善 嗵 毫巡曩